预裂钻孔分层爆破法和冲击钻法在码头岩石基槽处理中的应用

庄辉明 中交第三航务工程局有限公司厦门分公司

1.工程概况

本项目位于福建省泉州市石狮市东部锦尚湾锦尚作业区内。拟建的4#泊位为新建1.5万吨级（结构按3.5万吨级散货船预留）通用泊位及相应配套设施。合同完工日期为2021年6月31日，合同总价约20195万元。本项目主要工作内容有：4#泊位水工建筑物、停泊水域及回旋水域、护岸及陆域形成工程、道堆工程及相应的配套设施。基于施工计划，基槽及停泊水域礁石的开挖清除工作是改扩建的重要环节。

2.施工难点

华锦港区在建4#泊位码头基槽及停泊水域工程主要的施工难点包含：

（1）在建4#泊位基槽在距已建3#泊位码头80m范围内有部分礁石需要炸礁，该区段与3#泊位临界，基槽边为抛石堆岸。

（2）4#泊位码头停泊水域与已建3#泊位码头交接处前沿60m范围内部分区域有礁石未到设计标高，该区域周边1～3#泊位已正常运营，经常有船舶靠泊，且与3#泊位临界。

以上两个位置爆破施工产生的地震波和水中冲击波对停泊在3#泊位的商船及岸上构筑物影响较大，不能采用常规的水下爆破施工。

3.预裂钻孔分层爆破法与冲击钻法的应用

根据上文中针对华锦港区4#泊位码头工程中地质情况、施工难点等全面详细分析后，本文结合工程的实际情况，建议在码头岩石基槽清除工作中选用预裂钻孔分层爆破施工工艺和钻孔、凿岩锤破碎施工工艺。

3.1 预裂钻孔分层爆破在码头岩石基槽处理中的应用

本工程施工内容为预裂钻孔分层爆破、基槽炸清礁施工工程。设计基槽底宽10.6～14.35m，基槽设计底标高-15.5m，停泊水域泊计底标高-15.0m，设计边坡：中微风化花岗岩1∶2、碎块状强风化花岗岩1∶1、散体状强风化花岗岩1∶1、全风化花岗岩1∶2、粗砾砂和中砂1∶3、残积性粘土1∶2、砂混淤泥和淤泥1∶6；计量超深0.4m、超宽1.0m。结合本工程的实际情况，针对4#泊位基槽在距已建3#泊位码头80m范围内岩石基槽采用预裂钻孔分层爆破展开施工。

为减少爆破冲击波和地震波对码头及其附近构筑物影响，在靠近保护对象且有岩石基础的区域布设预裂钻孔。预裂区总面积246m2，分两处布孔，共375个预裂钻孔。4#泊位基槽边线外4.0m为1#预裂区，面积195m2，孔距1.0m，排距0.8m，设计孔底标高-17.0m；布三排预裂孔，每排76孔，225个孔；3#泊位前沿线外3.7m2为2#预裂区，面积51m2，孔距0.5m2，排距0.5m2，设计孔底标高-17.0m2；布三排预裂孔，每排50孔150个孔。

针对起爆炸药量控制与水中沉箱保护要求制订分层爆破区，控制钻孔爆破厚度，划分为两层爆破，第一层钻爆至-14.0m，第二层钻爆至-17.5m，控制单次起爆炸药总量及单次起爆最大段炸药起爆量（降低爆破地震波和水中冲击波对保护对象的破坏）。分层爆破区按以下要求控制起爆炸药量：

（1）在已建3#码头20～25m区域设计最大段别药量＜6kg，一次起爆药量不超过60kg。

（2）离3#码头25～35m区域最大段别药量＜11kg，一次起爆药量不超过120kg。

（3）离码头35～45m区域最大段别药量＜30kg，一次起爆药量不超过250kg。

（4）离码头45～80m区域最大段别药量＜65kg，一次起爆药量不超过600kg。

（5）离码头80m范围外采用最大段别药量＜90kg，一次起爆药量不超过900kg。

根据上述要求本工程需要配置施工船和辅助船舶：炸礁船、清礁船、泥驳船、锚艇、交通船。具体方式如下：

（1）在3#～4#泊位过渡段前沿线处钻预裂孔150个，孔径139mm；排距0.5 m，孔距0.5 m，孔底标高-17.0m，呈梅花状布孔。

（2）4#泊位基槽边钻预裂孔225个，孔径139mm；排距0.8m，孔距1.0m，孔底标高-17.0m，呈梅花状布孔。

（3）第一遍钻爆，控制钻孔爆破厚度钻爆至-14.0m，控制一次起爆排数及孔数（限制爆破范围）、控制单次起爆炸药总量及单次起爆最大段炸药起爆量，采取孔内和孔外微差爆破措施。

（4）第二遍钻爆，在第一层钻爆孔位置往4#泊位前沿方向偏移1.0m为第二层钻爆布孔，控制一次起爆排数及孔数（限制爆破范围）、控制单次起爆炸药总量及单次起爆最大段炸药起爆量，第二层钻爆至-17.5m。

（5）炸礁船每完成一遍钻爆立即按排抓斗船清挖，直至验收达标。

3.2 冲击钻法在码头岩石基槽处理中的应用

华锦港区4#泊位停泊水域扩宽部分范围，设计水深（-12.9m）的礁石区，停泊扩宽水域约2198.4m3。为使该区域水深达到设计深度，需对该区域区的礁石进行清除施工作业，为考虑码头1#～3#泊位正常舶船作业的安全因素，确保施工对现有码头的安全，不能采用常规的水下爆破施工。

基于上述因素，多方考虑决定采用水下钻孔、凿岩锤破碎方法进行施工。对水下固定位置的岩石进行连续冲击直至破碎的一种施工方法。最终达到无需爆破作业就能使用常规的疏浚设备完成礁石清除的一种疏浚工程特殊设备或是疏浚工程的一种补充设备。

凿岩锤原理:凿岩锤的形状为圆柱体，头部为圆锥体，采用耐磨合金材料制成，尾部有耳轴吊环便于穿钩。利用锤的自重所产生的冲击力将岩石砸碎的一种施工方法，其原理是吊机将锤吊起一定高度然后松开，锤在自重作用下以近似自由落体形式向下运动冲击岩石，如此反复循环直到将岩石击碎。

施工部署：

（1）凿岩前的清淤：凿岩施工前先用挖泥船将回淤覆盖淤泥层清挖一遍。当回淤覆盖淤泥层的泥层厚度＜0.6m时无需清挖，直接施工凿岩。

（2）布锤（钻孔）：钻孔是施工质量的重点。钻孔的间距大小决定凿岩的施工质量。为此，在钻孔前必须详细了解水下的岩石级数，理解或准确判定所提供的《地质勘察报告》中对岩质的描述，并在可能的情况下判定钻孔岩心的实物，确保凿岩布孔间距科学、合理，减少重复凿岩。如果没有详细的地质勘探描述时。一般情况下凿岩间距在0.3～0.6m之间的正等边形布锤，并根据试凿岩（锤）的方法判断该区域岩石的级数（即坚硬度），确定凿岩的布孔间距。本项目表层为强风化花岗岩，其布孔孔距应为0.5m；下层为基岩，布孔孔距应为0.3m。

（3）基本定位及探摸：施工钻孔船进行施工区域后定位下桩，固定船舶的位置。从施工范围外约1m的位置向礁石区探摸礁石，当探摸发现礁石时开始钻孔施工，钻孔的间距根据孔距布置图进行施工。

（4）吊锤船锤击：吊锤船采用800～1200HP抓斗挖泥船改装，卸斗换吊锤作业。按挖泥船挖泥作业方法抛锚定位。锤的提升高度应以离岩层面3～5m为宜，不宜过高。锤下落时撞击岩石产生的冲击应力作用范围一般为锤直径的1.1～1.5倍，因此，施工中锤击平面位置的布置排列应根据锤的直径合理安排。本项目船宽15.1m为例，即锤击宽度15m则要排30锤以上，排与排之间（即船铰锚进尺间距）为1～1.5m，吊锤船锤击施工时应避免漏锤，给下一阶段抓斗施工带来困难。

（5）碎渣清挖：凿过一遍后即用抓斗挖泥船清挖一遍。经测量后再凿、再清第二遍。反复进行直至达到标高。

4.结束语

本文不仅结合工程实例对于预裂钻孔分层爆破法与冲击钻法在码头岩石基槽处理中的应用进行了分析与研究，同时也对二者的应用条件、应用环境、应用效果进行了分析，以期能够为相似工程提供参考建议。